高中物理 第二章 交变电流 第三节 表征交变电流的物理量课件 粤教版选修32.pptVIP

第二章交变电流 第三节表征交变电流的物理量 学习目标1 掌握交变电流的周期 频率 线圈转动角速度三者之间的关系 2 能理解电流的有效值是与热效应有关的量 而平均值不是简单意义的平均 3 掌握交变电流有效值与峰值的关系 会进行有效值的计算 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 交变电流的周期和频率 如图1所示 交变电流完成一次周期性变化需要多长时间 在1s内完成多少次周期性变化 完成一次周期性变化需要0 02s 在1s内完成50次周期性变化 答案 图1 周期 频率及它们之间的关系 1 周期 t 交变电流完成一次变化所需的时间 2 频率 f 交变电流在1s内完成变化的次数 3 t 或f 周期性 周期性 我国电网中交流电的频率为50hz 则我国提供市电的发电机转子的转速为 r min 3000 二 交变电流的峰值和有效值 某交流电压的瞬时值表达式u 100 t v 把标有 6v2w 的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏 把标有6v的电容器接在此电源上会不会被击穿 答案 小灯泡不会被烧坏 交流电压的瞬时值表达式u 100 t v中是最大值 其有效值为6v 而标有 6v2w 的小灯泡中的6v是有效值 电容器会被击穿 交变电流的峰值和有效值 1 峰值 交变电流的电压 电流能达到的叫峰值 若交流电接入纯电阻电路中 电流及外电阻两端的电压的最大值分别为im um 使用交变电流的用电器 其最大耐压值应大于其使用的交流电压的 2 有效值 确定交变电流有效值的依据是 imr 最大值 电流的热效应 最大数值 让交流与恒定电流通过大小的电阻 如果在交流的一个周期内它们产生的相同 则此恒定电流值叫做交流电的有效值 3 在正弦式交变电流中 最大值与有效值之间的关系为 e u i 相同 热量 0 707em 0 707um 0 707im 判断下列说法的正误 1 正弦式交变电流的正负两部分是对称的 所以有效值为零 2 交变电流的有效值就是一个周期内的平均值 3 一个正弦式交变电流的峰值同周期频率一样是不变的 但有效值是随时间不断变化的 4 交流电路中 电压表 电流表的测量值都是有效值 2 题型探究 一 周期和频率的理解 交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度 或转速n有关 n 越大 周期越短 频率越高 其关系为t 2 f 2 n 例1 多选 矩形金属线圈共10匝 绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动 线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图2所示 下列说法中正确的是a 此交变电流的频率为0 2hzb 1s内电流方向变化10次c t 0 1s时 线圈平面与磁场方向平行d 1s内线圈转5圈 图2 答案 解析 由图象知t 0 2s 故 5hz 即1s内完成5个周期 线圈转5圈 每转1圈电流方向改变2次 故a错 b d对 在t 0 1s时 e 0 所以线圈平面与磁场方向垂直 故c错 二 非正弦式交变电流有效值的计算 利用有效值的定义 根据电流的热效应计算 计算时注意取一个完整周期的时间 而不是简单地对电压求平均值 例2如图3所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成 则这种交变电流的有效值为 图3 答案 解析 计算时要注意三个相同 相同电阻 上 相同时间 内产生 相同热量 相同时间 一般取一个周期 半周期对称的可取半个周期 三 正弦式交流电有效值 最大值 平均值的对比 例3如图4所示 矩形线圈面积为s 匝数为n 线圈电阻为r 在磁感应强度为b的匀强磁场中绕oo 轴以角速度 匀速转动 外电路电阻为r 当线圈由图示位置转过90 的过程中 求 1 通过电阻r的电荷量q 图4 答案 解析 2 电阻r上所产生的热量q 答案 解析 图4 线圈中感应电动势的有效值e和最大值em的关系是 1 有效值 1 只有正 或余 弦式交流电的有效值根据e 计算 2 计算与电流热效应有关的量 如电功 电功率 热量 要用有效值 3 交流电表的测量值 电气设备标注的额定电压 额定电流 通常提到的交流电的数值都是指有效值 2 平均值 1 求某一过程中的电动势是平均值 2 计算通过线圈横截面的电荷量时用电动势的平均值 达标检测 3 1 小型手摇发电机线圈共n匝 每匝可简化为矩形线圈abcd 磁极间的磁场视为匀强磁场 方向垂直于线圈中心轴oo 线圈绕oo 匀速转动 如图5所示 矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0 不计线圈电阻 则发电机输出电压a 峰值是e0b 峰值是2e0 答案 解析 图5 1 2 3 4 由题意可知 线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0 因此对单匝矩形线圈总电动势最大值为2e0 又因为发电机线圈共n匝 所以发电机线圈中总电动势最大值为2ne0 根据闭合电路欧姆定律可知 在不计线圈内阻时 输出电压等于感应电动势的大小 即其峰值为2ne0 故a b错误 又由题意可知 若从图示位置开始计时 发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流 由其有效值与峰值的关系可知 故c错误 d正确 1 2 3 4 2 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图6甲所示 已知发电机线圈内阻为5 外接一只电阻为95 的灯泡 如图乙所示 则a 电压表的示数为220vb 电路中的电流方向每秒钟改变50次c 灯泡实际消耗的功率为484wd 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24 2j 答案 解析 图6 1 2 3 4 1 2 3 4 由题图甲知t 0 02s 一个周期内电流方向改变两次 可知1s内电流方向变化100次 b错 3 通过一阻值r 100 的电阻的交变电流如图7所示 其周期为1s 该电阻两端电压的有效值为 答案 解析 图7 1 2 3 4 4 如图8所示 单匝矩